Sök i kursutbudet

Använda sökfunktionen för att hitta i Chalmers utbildningsutbud, både vad gäller kurser och program. När det finns en kurshemsida visas en hus-symbol som leder till denna sida. Tänk på att välja det läsår du vill se information om.
Sök program och utbildningsplaner


Institutionernas kurser för doktorander

​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​

Kursplan för

Läsår
MCC086 - Mikroelektronik
 
Kursplanen fastställd 2012-02-21 av programansvarig (eller motsvarande)
Ägare: TKELT
7,5 Poäng
Betygskala: TH - Fem, Fyra, Tre, Underkänt
Utbildningsnivå: Grundnivå
Huvudområde: Elektroteknik
Institution: 59 - MIKROTEKNOLOGI OCH NANOVETENSKAP


Undervisningsspråk: Svenska
Blockschema: A

Modul   Poängfördelning   Tentamensdatum
Lp1 Lp2 Lp3 Lp4 Sommarkurs Ej Lp
0111 Tentamen 3,0hp Betygskala: TH   3,0hp   22 Okt 2012 em H,  14 Jan 2013 em M,  20 Aug 2013 em V
0211 Projekt 3,0hp Betygskala: TH   3,0hp    
0311 Inlämningsuppgift 1,5hp Betygskala: UG   1,5hp    

I program

TKELT ELEKTROTEKNIK, CIVILINGENJÖR, Årskurs 3 (obligatorisk)

Examinator:

Bitr professor  Kjell Jeppson
Docent  Per Lundgren


Ersätter

ETI145   Mikroelektronik: Komponenter och kretsar MCC085   Mikroelektronik

Kursutvärdering:

http://document.chalmers.se/doc/00000000-0000-0000-0000-000063D2CEDC


  Gå till kurshemsida

Behörighet:

För kurser inom Chalmers utbildningsprogram gäller samma behörighetskrav som till de(t) program kursen ingår i.

Kursspecifika förkunskaper

Fysik (FFY401), Fysik 2 (FFY143), Kretsanalys (EMI083, EMI084), Elektronik (ETI146), Elektromagnetiska fält (EEM015) och Matematisk analys i en variabel (TMV136)

Syfte

Kursen är en introduktionskurs till mikroelektroniska komponenter och dess syfte är att skapa fysikalisk förståelse för hur sådana komponenter fungerar och att utveckla fysikaliskt baserade modeller i form av ekvivalenta kretsar för dessa komponenter. I första hand behandlas pn-övergången och MOS fälteffekttransistorn, men även den bipolära transistorn berörs.

Lärandemål (efter fullgjord kurs ska studenten kunna)

  • förklara hur halvledares ledningsförmåga och fermipotential varierar med parametrar som rörlighet, dopning och temperatur
  • föra kvalitativa fysikaliska resonemang kring de mekanismer som begränsar strömmen genom en komponent
  • renodla fysikaliska fenomen i halvledarmaterial och -komponenter samt beskriva deras inflytande på komponentegenskaperna med hjälp av enkla styckevis linjära modeller
  • beräkna strömmen genom en diod eller transistor som funktion av pålagda spänningar för olika temperaturer och komponentgeometrier med hjälp av lämpliga komponentmodeller
  • mäta på dioder och transistorer och från mätningarna bestämma värdena på viktiga modellparametrar för bästa passning mellan modell och data
  • illustrera överensstämmelse mellan modell och mätdata för dessa modellparametrar genom att plotta i Excel och/eller Matlab.
  • illustrera komponentkarakteristika, belastningslinjer, arbetspunkter och kretsars utsignaler med enkla handritade grafer
  • tillämpa dimensionsanalys och en ingenjörsmässig attityd vid fysikaliska beräkningar för att bedöma rimligheten hos sådana beräkningar
  • förstå skillnaden mellan små- och storsignalanalys och kunna redogöra för hur man använder respektive modell i olika analyser
  • ha viss kännedom om grundläggande tillverkningsteknik för halvledarkomponenter och integrerade kretsar
  • ha viss kännedom om viktiga händelser inom mikroelektronikens utveckling sedan transistorn 1947 samt känna till Moores lag.
Dessutom ska man ha förvärvat en viss färdighet i att använda Excel och Matlab för att plotta kurvor och diagram.

Innehåll

  • Grundläggande halvledaregenskaper (repetition av förväntade förkunskaper från fysikkursen):
    • Intrinsisk/extrinsisk halvledare, dopning, störämnen (donatorer/acceptorer); laddningsbärare: hål och elektroner, majoritets- och minoritetsbärare; rörlighet (mobilitet), ledningsförmåga.
    • Bandteori, Fermi-Diracs fördelningsfunktion och begreppet fermipotential.
    • Egentäthetens och rörlighetens temperaturberoende

  • pn-övergången (repetition av förväntade förkunskaper från elektronikkursen):
    • ideal diod, styckevis linjär diodmodell (kontaktpotential och serieresistans),
    • enkla diodkretsar med dioden som likriktare,
    • ideala diodekvationen, idealitetsfaktorn, småsignalmodell, dynamisk resistans, dioden i kretssimulatorn Spice.

  • pn-övergången (nytt material):
    • metoder för extraktion av modellparametrar från mätningar på dioder
    • kontaktpotentialen, balans mellan diffusions- och driftströmmar
    • banddiagram, the law of the junction, lågnivåinjektion av minoritetsbärare, diffusionslängd
    • utarmningsområde (spärrskikt), genombrottsmekanismer,
    • dioden som icke-linjär kapacitans, Gauss lag, plattkondensatorn.
    • minoritetsbärarupplagring och diodens transientegenskaper.

  • Kortfattad orientering om lysdioder, solceller och fotoceller.

  • MOS-transistorn (repetition av förväntade förkunskaper från Elektronikkursen):
    • MOS-transistorn som spänningsstyrd resistans och strömkälla.
    • Styckevis linjär modell och Shockleys kvadratiska strömmodell.
    • Utgångs- och överföringskarakteristik.
    • Skillnaden mellan stor- och småsignalmodeller
      • storsignalmodeller för digitala omslag ON/OFF och för analog biasering
      • småsignalmodeller för analoga förstärkare
    • Enkla MOS förstärkarkretsar. Enkla digitala CMOS-kretsar.

  • MOS-transistorn (nytt material):
    • Metoder för extraktion av modellparametrar från mätdata, "räta linjens fysik", minsta kvadratanpassning.
    • MOS-kapacitansen, ackumulation, utarmning, och inversion. Gauss lag. Seriekopppling av kondensatorer.
    • MOS-transistorns banddiagram.
    • Teorin bakom strömmodellen i stark inversion. Gradvisa kanalapproximationen.
    • Strömmodell i svag inversion. Subtröskelströmmar.
    • Andra ordningens effekter:
      • hastighetsmättnad,
      • mobility roll-off,
      • draininducerad barriärsänkning (DIBL).
      • substrateffekten,
      • kanallängdsmodulation, Earlyspänning.


  • Plottning av diagram och kurvor i Matlab och/eller Excel.

  • Betoning av ingenjörsmässighet och dimensionsanalys vid beräkningar.

  • Mikroelektronikens historia och utveckling. Moores lag.

  • Emerging technology. Nanoelektronik.

  • Tillverkningsteknik för integrerade CMOS-kretsar

Organisation

Kursen är organiserad med föreläsningar, övningar, laborationer och projekt. För varje läsvecka och kursavsnitt finns ett diagnostiskt självtest.

De första två veckorna behandlar grundläggande halvledaregenskaper som ledningsförmåga och fermistatistik på ett traditionellt sätt. Obligatoriska inlämningsuppgifter.

Läsvecka tre och fyra ägnas bl a åt ett diodprojekt som redovisas muntligt. Under läsvecka fem och sex genomförs ett liknade MOS-projekt parallellt med föreläsningar och övningar. Muntlig eller skriftlig projektredovisning.

Läsvecka 7 behandlas CMOS tillverkningsteknik för integrerade kretsar samt mikroelektronikens historia och viktiga milstolpar. Moores lag.

Litteratur

Kjell Jeppson: Kurshäfte i Mikroelektronik, 2012

eller

Robert F. Pierret: Semiconductor Device Fundamentals, Prentice Hall (1996)

book cover

Examination

Kursen består av tre delmoment som examineras var för sig. Slutbetyget sätts genom en sammanvägning av betyget på projektet och betyget på tentamen.

Den skriftliga tentamen består av två delar. Den första delen (teoridelen) innehåller bl a fem grundläggande delfrågor, en på var och en av kursens huvudavsnitt. Minst tre av dessa måste vara korrekt besvarade för godkänt betyg och för att resten av tentamen ska bedömas. Inga hjälpmedel är tillåtna för teoridelen.

Den andra delen (problemdelen) innehåller tre problem som kan lösas med kurshäfte/kursbok och formelsamling som tillåtna hjälpmedel. För godkänt krävs minst tre poäng på en uppgift eller minst två poäng på vardera av två uppgifter. Fokus för den skriftliga examinationen är extraktion av modellparametrar, utarmningsområden och kapacitanser, strömmodeller för dioder och MOSFET.

Totalt krävs minst åtta poäng av arton möjliga för godkänt betyg.


Sidansvarig Publicerad: må 13 jul 2020.